Opublikowano: 20.X.1969 58320 KI. 21 c, 46/51 MKP G 05 b /l^\0O UKD Twórcawynalazku: mgr inz. Michal Klawe Wlasciciel patentu: Instytut Energetyki, Warszawa (Polska) Sposób usuniecia nasycen ciaglego regulatora glównego w kaskadowych ukladach regulacji automatycznej oraz urzadzenie do realizacji tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób usuniecia nasycen ciaglego regulatora glównego w kaskado¬ wych ukladach regulacji automatycznej oraz urzadzenie do realizacji tego sposobu. Sposób ten bedzie mógl byc wykorzystany we wszystkich ukladach regulacji kaskadowej wyposazonych w regulatory ciagle, a w szczególnosci w kaskado¬ wych ukladach automatycznej regulacji tempera¬ tury pary przegrzanej w kotlach energetycznych.Dotychczas stosowane uklady dzialaja z wyko¬ rzystaniem regulatorów krokowych (impulsowych) oraz ciaglych z mozliwoscia nasycen w regulatorze glównym. Uklady z regulatorami ciaglymi charak¬ teryzuja sie nastepujacymi wadami. Ze wzgledu na calkujacy charakter regulatora glównego uchyb regulacji istniejacy na jego wejsciu powo¬ duje wzrost lub spadek wielkosci wyjsciowej — pradu wyjsciowego tego regulatora przestawiajac wartosc zadana regulatora podrzednego nawet wtedy, gdy organ nastawczy — zawór osiagnie swoje polozenie krancowe. Dalszy wzrost lub spadek wielkosci wyjsciowej regulatora glównego nie moze zatem oddzialywac na parametr regulo¬ wany, powoduje on jedynie nadmierne przesta¬ wienie wartosci zadanej regulatora podrzednego.Aby uklad regulacji znalazl sie ponownie w za¬ kresie regulacyjnosci musi uplynac pewien okres czasu, az wielkosc wyjsciowa regulatora wróci do odpowiedniej wartosci. W zwiazku z calkujacym charakterem regulatora wymaga to podania na 25 2 wejscie tego regulatora odpowiedniego uchybu o przeciwnym znaku niz poprzedni i odczekania az regulator scalkuje ten uchyb. Wiaze sie to z do¬ puszczeniem duzych wahan parametru regulowa¬ nego oraz wprowadzeniem duzych opóznien do procesu regulacji co z punktu widzenia procesu technologicznego jest niedopuszczalne. W pewnych stanach moze to doprowadzic do destabilizacji ukladu regulacji i koniecznosci przejscia na stero¬ wanie reczne co znacznie pogarsza jakosc regula¬ cji. Ponowne przejscie na sterowanie automatyczne zwiazane jest z identyczna koniecznoscia uplywu czasu, dopóki regulator nie wróci w zakres regula¬ cyjnosci. Wady te stanowia podstawowa przyczyne trudnosci tworzenia ukladów regulacji kaskado¬ wej w oparciu o regulatory ciagle. Uklady z re¬ gulatorami ciaglymi wykazuja poza tym wiele za¬ let w porównaniu z regulatorami krokowymi (im¬ pulsowymi), tak wiec usuniecie nasycenia regula¬ tora glównego w calosci rozwiazuje zagadnienie i daje znaczne korzysci techniczne.Celem wynalazku jest rozwiazanie ukladu re¬ gulacji kaskadowej w oparciu o regulatory ciagle z wyeliminowaniem wyzej wymienionych wad zwiazanych z nasycaniem regulatora glównego.Cel wynalazku zostal osiagniety przez objecie regulatora glównego petla sprzezenia zwrotnego, które realizuje porównanie aktualnej wartosci wielkosci wyjsciowej z regulatora glównego z wartoscia tej wielkosci istniejaca w chwili 5832058320 przekroczenia pewnego zakresu przez wielkosc wyjsciowa organu nastawiajacego i wzmocniona róznica tych wartosci steruje regulator glówny tak, aby zminimalizowac te róznice.. Urzadzenie do realizacji tego sposobu posiada uklad pamie¬ tajacy polaczony przez styki rozwierne z wyjsciem regulatora glównego oraz przez sumator-wzmac- niacz i styki zwierne z wejsciem regulatora, przy jednoczesnym polaczeniu wyjscia regulatora z dru¬ gim wejsciem sumatora-wzmacniacza.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony, w przykladzie zastosowania, na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukladu regulacji temperatury pary pierwotnej w kotle energetycz¬ nym, a fig. 2 przedstawia fragment ukladu z fig. 1, jako przyklad rozwiazania urzadzenia do rea¬ lizacji wyzej wymienionego sposobu.Uklad sklada sie z przegrzewacza pary 1, dwóch termopar 2, dwóch przetworników temperatury na prad standardowy 3, ciaglego regulatora glównego 4, podrzednego regulatora 5, serwomotoru nasta¬ wiajacego zawór wtryskowy wody ochladzajacej 6, ochladzacza wtryskowego 7 oraz ukladu bedacego przedmiotem wynalazku zawierajacego: uklad pa¬ mietajacy 8, sumator-wzmacniacz 9, oraz zestyk rozwierny 10 i zwiemy 11 wylaczników kranco¬ wych serwomotoru nastawiajacego 6. Na rysunku oznaczono: temperature regulowana przez — x, wartosc zadana temperatury regulowanej — x0, wielkosc wyjsciowa regulatora glównego — xP, wielkosc regulowana regulatora podrzednego — xpr, a wielkosc nastawiajaca — y.W przypadku zmiany temperatury regulowanej x na wylocie z przegrzewacza 1 zmienia sie wiel¬ kosc wyjsciowa xp regulatora glównego 4 wedlug algorytmu PI lub PID zmieniajac wartosc zadana regulatora podrzednego 5, co pociaga za soba zmiane wielkosci nastawiajacej y wedlug algoryt¬ mu P lub PI przez regulator podrzedny 5. Zmia¬ na wielkosci y powoduje zmiane ilosci wody wtryskowej do ochladzacza 7, co pociaga za soba zmiane temperatury xpr, a nastepnie temperatury x. W przypadku powstania duzych odchylen wiel¬ kosci regulowanej serwomotor 6 moze calkowicie otworzyc lub zamknac zawór wtryskowy w ochla- dzaczu 7. Prad wyjsciowy xp z regulatora 4 daje spadek napiecia na oporniku 12. Napiecie to poda¬ wane jest przez styki rozwierne 10 wylaczników krancowych serwomotoru 6 na kondensator.13 be¬ dacy elementem sprzezenia zwrotnego wzmacnia¬ cza operacyjnego 14 z wyjsciem pradowym. Gdy styki 10 sa zwarte prad wzmacniacza 14 propor¬ cjonalny jest w kazdej chwili do pradu wyjscio¬ wego regulatora 4. W momencie rozwarcia sty¬ ków 10 prad wzmacniacza 14 utrzymywany jest na wartosci istniejacej w chwili rozwarcia styków 10. Prad ten podany jest na jedno wejscie suma¬ tora-wzmacniacza 9 o dwóch wejsciach oddzielo¬ nych galwanicznie od siebie. Na drugie wejscie sumatora-wzmacniacza 9 podany jest z przeciwnym znakiem prad wyjsciowy regulatora 4. Prad wyjs¬ ciowy sumatora-wzmacniacza 9 proporcjonalny do róznicy pradów wzmacniacza 14 i regulatora 4 po¬ dany jest przez styki zwierne 11 na wejscie regu¬ latora 4. Oba styki dzialaja jednoczesnie na sku¬ tek zadzialania wylaczników krancowych serwomo¬ toru 6 nie pokazanych na rysunku. W chwili osia¬ gniecia przez serwomotor 6 polozenia skrajnego dzialaja wylaczniki krancowe, które otwieraja i styk 10 zamykajac jednoczesnie styk 11. Powodu¬ je to przerwanie polaczenia sprzezenia wyjscia re¬ gulatora glównego 4 z ukladem pamietajacym 8 i zalaczenie ukladu sprzezenia na wejscie regulato¬ ra 4. Prad wyjsciowy sumatora wzmacniacza 9 10 proporcjonalny jest zatem do róznicy aktualnej wartosci pradu xp regulatora 4 i wartosci pradu xp istniejacej w chwili zadzialania wylaczników krancowych serwomotoru 6. Prad wyjsciowy su¬ matora-wzmacniacza 9 podany na wejscie regula- 15 tora 4 tak steruje regulator 4 aby róznica aktual¬ nej wartosci pradu xp regulatora 4 i wartosci pradu xp pamietanej przez uklad pamietajacy 8 byla jak najmniejsza. W efekcie prad wyjsciowy xp z regulatora glównego 4 utrzymywany jest na 20 wartosci istniejacej w chwili zadzialania wylacz¬ ników krancowych bez wzgledu na to, co dzieje sie z wielkosciami wejsciowymi regulatora 4. Jest to równowazne z odlaczeniem regulatora 4 z petli regulacji. Po regulacji zaklócenia przez regula- 25 tor podrzedny 5 serwomotor 6 moze zmienic swe polozenie i przez zwolnienie wylaczników kran¬ cowych bezkolizyjnie zalacza z powrotem do pra¬ cy regulator glówny 4. Uklad przygotowany jest do nastepnego zadzialania, poniewaz uklad pamie- 30 tajacy 8 sledzi za wartoscia pradu xp regulatora glównego 4. Zaproponowany uklad charakteryzuje sie tym, ze umozliwia nastawianie duzych war¬ tosci wspólczynnika wzmocnienia regulatora pod¬ rzednego 5, co poprawia jakosc regulacji przez li- 35 nearyzacje charakterystyki ochladzacza wtrysko¬ wego 7 oraz zwieksza szybkosc dzialania ukladu regulacji bez pogorszenia jego stabilnosci. Przez zrównoleglenie styków 10 i 11 uruchamiajacych uklad sprzezenia zwrotnego wokól regulatora 40 glównego 4 i wyprowadzenie ich na stacyjke ste¬ rowania „automatycznie/recznie" unika sie rów¬ niez poprzednich problemów z narastaniem pradu wyjsciowego xp regulatora glównego 4, poniewaz jest on wtedy automatycznie utrzymywany na 45 wartosci, która mial w chwili przelaczenia ukladu na prace reczna. PLPublished: 20.X.1969 58320 IC. 21 c, 46/51 MKP G 05 b / l ^ \ 0O UKD Inventor of the invention: mgr inz. Michal Klawe Patent owner: Instytut Energetyki, Warsaw (Poland) Method of removing saturation of a continuous main regulator in cascade automatic control systems and a device for the implementation of this method The present invention relates to a method for removing the saturation of a continuous master controller in cascade automatic control systems, and an apparatus for carrying out this method. This method can be used in all cascade control systems equipped with continuous controllers, and in particular in cascade systems of automatic temperature control of superheated steam in power boilers. The systems used so far operate with the use of step (impulse) and continuous controllers with possibility of saturation in the main controller. Systems with continuous regulators have the following disadvantages. Due to the overall nature of the main controller, a control error at its input causes an increase or decrease in the output quantity - the output current of this controller, changing the set value of the slave controller even when the setting element - the valve reaches its end position. A further increase or decrease of the output quantity of the main controller cannot therefore affect the controlled parameter, it only causes an excessive adjustment of the setpoint of the slave controller. In order for the control system to return to the control range, a certain period of time must elapse until the output quantity is regulator will return to the appropriate value. Due to the integrating nature of the regulator, it requires that an appropriate deviation with an opposite sign than the previous one is given to the 2nd input of this regulator, and waiting until the regulator integrates this error. It is connected with admitting large fluctuations of the controlled parameter and introducing long delays to the control process, which from the point of view of the technological process is unacceptable. In some states, this may lead to the destabilization of the control system and the necessity to switch to manual control, which significantly worsens the quality of the control. The re-transition to automatic control is associated with the same necessity to pass the time until the controller returns to the regulation range. These drawbacks are the main cause of the difficulty in creating cascade control systems based on continuous regulators. Systems with continuous regulators also have many advantages over step (pulse) regulators, so removing the saturation of the main regulator completely solves the problem and gives significant technical advantages. The aim of the invention is to solve the regulation system cascade based on controllers still eliminating the above-mentioned disadvantages related to saturation of the main controller. The aim of the invention was achieved by including the main controller of the feedback loop, which compares the current value of the output quantity from the main controller with the value of this quantity existing at the time of exceeding a certain range The main controller controls the main controller by the output size of the adjusting device and the amplified difference of these values in such a way as to minimize these differences. The device for the implementation of this method has a memory circuit connected through break contacts with the output of the main controller and through the adder-amplifier and contacts making contact with the input of the regulator, with the simultaneous connection of the output of the regulator with the second input of the combiner-amplifier. The subject of the invention is explained in more detail, in an example of application, in the drawing, where Fig. 1 shows a block diagram of the primary steam temperature control system in a power boiler, and Fig. 2 shows a fragment of the circuit of Fig. 1 as an example of a device for implementing the above-mentioned method. The system consists of a steam superheater 1, two thermocouples 2, two standard current temperature converters 3, a continuous main controller 4, a slave of the regulator 5, the servo motor setting the cooling water injection valve 6, the injection cooler 7 and the circuit which is the subject of the invention, comprising: a circuit 8, an adder-amplifier 9, and a break contact 10, and we call 11 limit switches of the adjusting servo motor 6. The figure is marked with: temperature controlled by - x, set value of the controlled temperature - x 0, the output value of the main controller - xP, the controlled quantity of the slave controller - xpr, and the setting variable - y If the controlled temperature x at the outlet of the superheater 1 changes, the output value xp of the main controller 4 changes according to the PI or PID algorithm, changing the set value of the controller of the slave 5, which entails the change of the setting value y according to the algorithm P or PI by the slave controller 5. Changing the value y causes a change in the amount of water injected into the cooler 7, which results in a change in temperature xpr and then in temperature x. In the event of large deviations of the controlled value, the servomotor 6 can completely open or close the injection valve in the cooler 7. The output current xp from the regulator 4 gives a voltage drop across the resistor 12. This voltage is supplied through the break contacts 10 of the servomotor limit switches. 6 on the capacitor 13 being the feedback element of the operational amplifier 14 with the output current. When the contacts 10 are closed, the current of the amplifier 14 is proportional at any time to the output current of the regulator 4. At the moment of opening the contacts 10, the current of the amplifier 14 is maintained at the value present at the moment of opening the contacts 10. This current is given to one input of the sum-amplifier 9 having two inputs, galvanically separated from each other. The output current of the regulator 4 is given with the opposite sign on the second input of the combiner-amplifier 9. The output current of the combiner-amplifier 9 proportional to the difference between the currents of the amplifier 14 and the regulator 4 is given by the contacts 11 to the input of regulator 4. the contacts act simultaneously on the actuation of the limit switches of the servomotor 6 not shown in the drawing. When the servomotor 6 reaches its end position, limit switches operate, which open and the contact 10 closes the contact 11 at the same time. This causes breaking the connection between the output of the main controller 4 and the memory device 8 and 4. The output current of the adder of the amplifier 9 is proportional to the difference between the current value xp of the controller 4 and the current value xp existing at the moment of actuation of the limit switches of the servomotor 6. The output current of the amplifier-amplifier 9, supplied to the input of the controller 4, controls regulator 4 so that the difference between the actual value of the current xp of the regulator 4 and the value of the current xp remembered by the storage circuit 8 is as small as possible. As a result, the output current xp from the main controller 4 is kept at the value existing at the time the limit switches trip, no matter what happens to the input values of controller 4. This is equivalent to disconnecting the controller 4 from the control loop. After the fault has been adjusted by the slave controller 5, the servo motor 6 can change its position and, by releasing the limit switches, will without collision reconnect the main controller 4. The system is ready for the next operation, because the memory system 8 tracks the value of the current xp of the main controller 4. The proposed system is characterized by the fact that it enables the adjustment of large values of the gain factor of the slave controller 5, which improves the quality of control by linearizing the characteristics of the injection cooler 7 and increases the speed of the control system operation without compromising its stability. By aligning the contacts 10 and 11 actuating the feedback circuit around the main controller 4 and bringing them to the control panel "automatically / manually", the previous problems with the rise of the output current xp of the main controller 4 are also avoided, since it is then automatically maintained. on the 45 value that it had at the time of switching to manual work. PL